단위면적당 작용하는 풍하중 약산식

건물이나 구조물 설계 시, 풍하중은 중요한 요소 중 하나입니다. 특히, 바닥 레벨 기준 단위면적당 작용하는 풍하중을 정확하게 산정하는 것은 안전한 설계를 위해 필수적입니다. 이번 포스트에서는 풍하중을 계산하는 기본적인 방법과 예시를 소개하겠습니다.

풍하중 계산의 기본 개념

풍하중을 계산하기 위해서는 몇 가지 기본 개념을 이해해야 합니다:

1. 풍속 (Wind Speed, V): 특정 지역에서의 설계 풍속.
2. 풍압 계수 (Pressure Coefficient, Cp): 구조물 표면에 작용하는 풍압을 결정하는 계수.
3. 공기 밀도 (Air Density, ρ): 일반적으로 1.225 kg/m³로 사용됩니다.
4. 바람에 노출된 면적 (Exposed Area, A): 바람이 직접 닿는 구조물의 면적.
5. 가스트 영향계수 (Gust Effect Factor, G): 바람의 순간적인 변화(가스트)가 구조물에 미치는 영향을 반영하는 계수.

풍하중 산정 공식

풍하중 F는 다음과 같은 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:

여기서,

• ρ는 공기 밀도 (kg/m³)
• V는 설계 풍속 (m/s)
• Cp는 풍압 계수
• G는 가스트 영향계수
• A는 바람에 노출된 면적 (m²)

예시

가정 사항:

• 설계 풍속 V = 30 m/s
• 공기 밀도 ρ = 1.225 kg/m³
• 풍압 계수 Cp​ = 1.0 (평평한 표면 가정)
• 가스트 영향계수 G= 1.3
• 단위 면적 A = 1 m²

계산 과정

따라서, 이 예시에서 단위면적당 작용하는 풍하중은 715.125 N/m²입니다.

1달 미만의 가설구조물에 대한 예시

가설구조물은 일반적으로 임시로 설치되는 구조물로, 설치 기간이 짧고 신속하게 설치 및 철거가 가능합니다. 가설구조물은 다음과 같은 경우에 사용될 수 있습니다:

• 행사용 텐트
• 공사장 가설 사무실
• 임시 보호 시설

가설구조물의 경우에도 풍하중 산정이 필요합니다. 다만, 설치 기간이 짧기 때문에 일시적인 최대 풍속에 대비하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 1달 미만의 가설구조물을 설치하는 경우, 현지 기상 데이터와 예보를 참고하여 극한 상황을 고려한 설계를 해야 합니다.

가정 사항:

• 설계 풍속 V = 20 m/s (단기적인 최대 풍속)
• 공기 밀도 ρ = 1.225 kg/m³
• 풍압 계수 Cp = 1.0
• 가스트 영향계수 G = 1.0 (가설구조물의 경우 단순화)
• 단위 면적 A= 1 m²

계산 과정

따라서, 이 예시에서 단위면적당 작용하는 풍하중은 245 N/m²입니다.

결론

이 예시는 매우 단순화된 형태로, 실제 설계에서는 보다 복잡한 요소들이 고려되어야 합니다. 예를 들어, 지역별 풍속 지도, 구조물의 형태, 주변 지형, 건물 높이에 따른 풍속 프로파일 변화 등 다양한 변수들이 반영되어야 합니다. 또한, 가설구조물의 경우에도 해당 지역의 건축 기준과 코드를 참조하여 보다 정확한 산정을 수행해야 합니다.